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压力机
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1摘 要四柱液压机由主机及控制机构两大部分组成。液压机主机部分包括液压缸、横梁、立柱及充液装置等。动力机构由油箱、高压泵、控制系统、电动机、压力阀、方向阀等组成。液压机采用 PLC 控制系统，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。该系列液压机具有独立的动力机构和电气系统，并采用按钮集中控制，可实现手动和自动两种操作方式。该液压机结构紧凑，动作灵敏可靠，速度快，能耗小，噪音低，压力和行程可在规定的范围内任意调节，操作简单。在本设计中，通过查阅大量文献资料，设计了液压缸的尺寸，拟订了液压原理图。按压力和流量的大小选择了液压泵，电动机，控制阀，过滤器等液压元件和辅助元件。 关键词：四柱；液压机；PLC2AbstractAbstractThe four-pillars hydraulic press is divided into two parts,host machine and control mechanism. Hydraulic press host machine is make up of hydraulic cylinder, beam,upright, prefill valve and so on. Dynamic mechanism is make up of tank, high pressure pump,control systems, electric moto, pressure value,direction value and so on. Hydraulic press control system adopt . It will be come true energy conversion, regulate and transport, all kinds of technical motions cycle,through control pump, hydraulic cylinder and all kinds of technical value . The series hydraulic machine is an independent body and the electrical power system , and centralized control buttons used, achieve both manual and automatic operation mode.This hydraulic system framework is compact,movement keen reliable,the speed is quick, the energy consumption is small, the noise is low, the pressure and the traveling schedule may adjust will fully in the stipulation scope, the operation is simple.In this design, through the consult massive literature material, has designed the hydraulic cylinder size, has drafted the hydraulic pressure schematic diagram. According to the pressure and the current capacity 3size choose the hydraulic pump,the electric motor,the control valve, hydraulic pressure parts,the auxiliary part and filter.KeyKey wordswords: four-pillars hydraulic press the liquid presses 4目录ABSTRACT.2前言前言.7第第 1 章章 绪论绪论.81.1 概述.81.2 液压传动系统的组成 .111.3 液压机基本技术参数 .12第第 2 章章 液压机本体结构设计液压机本体结构设计.142.1 YA328000KN 四柱万能液压机系统工况图 .142.2 液压缸的基本结构设计 .152.2.1 液压缸的类型.152.2.2 液压缸的组成.152.2.3 缸体结构.172.3 缸体结构的基本参数确定 .182.3.1 确定主缸参数.182.3.2 主缸运动受力分析.182.3.3 确定顶出缸参数.192.3.4 顶出缸运动受力分析.192.3.5 最小导向长度 H.202.3.6 缸筒长度 L .202.3.7 各缸动作时的流量.202.3.8 上缸的设计计算.222.3.9 下缸的设计计算：.302.4 确定快速空程的供液方式、油泵规格和电动机功率.362.4.1 快速空程时的供油方式 .362.4.2 确定液压泵流量和规格型号 .372.5 泵的构造与工作原理 .3952.6 立柱结构设计.402.6.1 立柱设计计算.402.6.2 连结形式.422.6.3 立柱的螺母及预紧.442.6.4 立柱的导向装置.452.6.5 限程套.472.6.6 底座.472.7 横梁参数的确定.482.7.1 上横梁结构设计.482.7.2 活动横梁结构设计.492.7.3 下横梁结构设计.492.7.4 各横梁参数的确定.50第第 3 章章 液压系统及元件的设计液压系统及元件的设计.513.1 液压系统原理.513.1.1 工作原理.513.1.2 工艺加工过程.533.2 蓄能器的选择.543.3 管道及管接头.543.3.1 管道.553.4 油箱容量的确定.573.4.1 油箱的设计要求.573.4.2 油箱容量的初步确定.583.4.3 平均功率损失 H.5813.4.4 阀的功率损失 H.5923.4.5 管路及其他功率损失 H.5933.4.6 计算散热面积 ；.603.5 液压控制阀的选择.613.5.1 先导式溢流阀.613.5.2 节流阀.6163.5.3 单向阀.613.5.4 电磁换向阀.623.5.5 顺序阀.623.5.6 背压阀.62第第 4 章章 控制部分控制部分.634.1 PLC 概述.634.2 控制部分设计.634.2.1 继电器-接触器电气控制电路的设计.634.2.2 继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍 .644.2.3 动作分析:.644.2.4 电气控制系统图.664.2.5 选择电气元件.674.2.6 选择电器元件.684.3 压力机的可编程控制器系统的设计.694.3.1 可编程控制器控制系统设计的基本原则.694.3.2 可编程控制器系统的设计 .70参考文献参考文献 .73致致 谢谢.757前言压力机是一种结构精巧的通用性压力机。具有用途广泛，生产效率高等特点，压力机可广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺。四柱液压机由主机及控制机构两大部分组成。液压机主机部分包括液压缸、横梁、立柱及充液装置等。动力机构由油箱、高压泵、控制系统、电动机、压力阀、方向阀等组成。液压机采用 PLC 控制系统，通过泵和油缸及各种液压阀实现能量的转换，调节和输送，完成各种工艺动作的循环。该系列液压机具有独立的动力机构和电气系统，并采用按钮集中控制，可实现手动和自动两种操作方式。本次设计是按照压力机的结构进行设计的，共分四章。主要内容包括：绪论，液压机本体结构设计，液压系统及元件的设计，液压控制部分的设计。感谢韩晓明老师在毕业设计中给予的悉心教导，本设计在设计过程中，参考并吸收了有关书籍的内容，得到院方的大力支持，在此一并表示衷心感谢。8第 1 章 绪论1.1 概述 本次设计的题目由我实习的公司提供，主要是对灰铸铁、钢等的加工。公司所生产的产品是水泵。设计液压机是为了更加深刻理解液压机在加工过程中的工作原理以及实际应用意义。液压机是利用液体来传递压力的液压设备。液体在密闭的容器中传递压力时是遵循帕斯卡定律。四柱压力机由主机及控制机械两大部分组成。通过管路及电气系统装置联系起来构成完整的一体，主机部分为机身、主缸二部分组成。控制机构包括动力结构、限程装置、管路及电气箱等几部分组成。机身由上横梁、滑块、工作台、立柱、锁紧螺母及调节螺母等组成，依靠四根立柱为骨架，上横梁、工作台由锁紧螺母固定于两端，将机器构成一整体。机器的精度由调节螺母来调节，在滑块四角内装有耐磨材料的导向套，导向套由内六角螺钉紧固于滑块上下端面上。并有防尘羊毛毡进行防尘。滑块的上端面与油缸活塞杆的法兰相联接，依靠四根立柱作导向上下运动，在工作台上表面及滑块下表面均设有 T 型槽，以便安装模具。本机的油缸结构为活塞式油缸由缸体、导向套、活塞头、活塞杆、锁母、联接法兰、缸口法兰等组成。其缸体依靠缸口台肩及大锁母紧固于上横9梁中孔内，活塞下端面由联接法兰与滑块相联。活塞头安装在活塞杆上，由锁紧螺母紧固，在活塞头上装有两组方向相反的 YA 型密封圈，将油缸分隔成两个油腔，而实现压制、回程动作。缸口导套安装在缸体下端，在缸口导套的内孔也装有 YA 型密封圈，在外圆上装有 O 型密封圈，由缸口法兰、内六角螺钉紧固于油缸体的端面上以保证密封缸口密封。整机结构简单，工艺性较好，但立柱需要大型圆钢或锻件。液压机在一定的机械、电子系统内，依靠液体介质的静压力，完成能量的积压、传递、放大，实现机械功能的轻巧化、科学化、最大化。液压机械具有重量轻、功率大、结构简单、布局灵活、控制方便等特点，速度、扭矩、功率均可做无级调节，能迅速换向和变速，调速范围宽，快速性能好，工作平稳、噪音小. 适用于金属材料压制工艺,如冲压、弯曲、翻边、薄板拉伸等。也可从事于校正、压装、砂轮成型、冷热挤压金属等同样适应于非金属材料，如塑料、玻璃钢、粉末冶金、绝缘材料等压制成型，以及有关压制方面的新工艺、新技术的试验研究等。已经广泛应用到医疗、科技、军事、工业、自动化生产、运输、矿山、建筑、航空等领域。本设计题目的要求是按照液压系统规定的动作图表驱动电机、选择规定的工作方式，在发讯元件的指令下，使有关电磁铁的动作以完成点动和半自动循环指定的工艺动作。设电气控制箱，除依据机器部分的需要必须分散安装于各处的电器元件（如：电动机、电磁铁、接近开关、压力继电器）外，其它电器均集中安装在电气控10制箱内，操作人员只需操纵相应的开关按扭，即可对机器进行操作。由于继电器接触器控制是采用固定接线的硬件实现逻辑。如果生产任务或生产工艺发生变化，就必须重新设计，改变硬件结构，这样造成时间和资金的浪费。另外，大型控制系统用继电器接触控制，使用继电器数量多，控制系统体积大，耗电多，且继电器触点为机械触点，工作频率低，在频繁动作情况下寿命较短，造成系统故障，系统的可靠性差。而 PLC 控制能改善继电器控制器上述的不足, PLC 可靠性高，抗干扰能力强,通用性强，控制程序可变，使用方便,功能强，适应面广,编程简单，容易掌握;体积小、重量轻、功耗低、维护方便,减少了控制系统的设计及施工的工作量等特点,所以设计时我们采用 PLC 能集中且较方便地制。图 1.1 四柱液压机发展趋势 (1)高速化，高效化，低能耗。提高液压机的工作效率，降低生11产成本。 (2)机电液一体化。充分合理利用机械和电子方面的先进技术促进整个液压系统的完善。 (3)自动化、智能化。微电子技术的高速发展为液压机的自动化和智能化提供了充分的条件。自动化不仅仅体现的在加工，应能够实现对系统的自动诊断和调整，具有故障预处理的功能。 (4)液压元件集成化，标准化。集成的液压系统减少了管路连接，有效地防止泄漏和污染。标准化的元件为机器的维修带来方便。液压传动的基本原理：液压系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。其中的液体称为工作介质，一般为矿物油，它的作用和机械传动中的皮带、链条和齿轮等传动元件相类似。在液压传动中，液压油缸就是一个最简单而又比较完整的液压传动系统，分析它的工作过程，可以清楚的了解液压传动的基本原理。 1.2 液压传动系统的组成液压系统主要由：动力元件（油泵） 、执行元件（油缸或液压马达） 、控制元件（各种阀） 、辅助元件和工作介质等五部分组成。1、动力元件（油泵） 它的作用是把液体利用原动机的机械能12转换成液压力能；是液压传动中的动力部分。2、执行元件（油缸、液压马达） 它是将液体的液压能转换成机械能。其中，油缸做直线运动，马达做旋转运动。3、控制元件 包括压力阀、流量阀和方向阀等。它们的作用是根据需要无级调节液动机的速度，并对液压系统中工作液体的压力、流量和流向进行调节控制。4、辅助元件 除上述三部分以外的其它元件，包括压力表、滤油器、蓄能装置、冷却器、管件各种管接头(扩口式、焊接式、卡套式） 、高压球阀、快换接头、软管总成、测压接头、管夹等及油箱等，它们同样十分重要。5、工作介质 工作介质是指各类液压传动中的液压油或乳化液，它经过油泵和液动机实现能量转换。1.3 液压机基本技术参数产品名称四柱万能液压机顶出行程(mm)400型号YA32-8000KN工作压力（Mpa）25主缸公称压力F1(KN)8000电机功率（KW）31.5主缸回程力F2（KN）1600主缸空程速度(mm/s)12013顶出缸公称压力（KN）1000主缸挤压速度(mm/s)20顶出缸回程力（KN）500主缸回程速度(mm/s)110工作台尺寸(前后左右)(mm)3150 2200顶出缸顶出速度(mm/s)140滑块距工作台最大距离（mm）2150顶出缸回程速度(mm/s)150滑块行程(mm)1250工作台中心孔（mm）10014第 2 章 液压机本体结构设计2.1 YA328000KN 四柱万能液压机系统工况图时间工进快进回程行程时间主缸顶出缸工进回程回程工进顶出缸主缸快进回程工进152.2 液压缸的基本结构设计2.2.1 液压缸的类型图 2.1 双作用单活塞杆液压缸液压缸选用双作用单活塞杆液压缸，活塞在行程终了时缓冲。因为工作过程中需要往复运动，从图可见，油缸被活塞头分隔为两腔，侧面有两个进油口，因此，可以获得往复的运动。实质上起到两个柱塞缸的作用。此种结构形式的油缸，在中小型液压机上应用最广。2.2.2 液压缸的组成2.2.2.12.2.2.1 缸体组件缸体组件缸体组件通常由缸筒、缸盖、缸底、导向环和支撑环等零部件组成。液压缸工作时，缸体组件与活塞组件构成密闭的油腔，承受很大的负载力。因此，缸体组件要有足够的强度、较高的表面精度和可靠地密封性能。本设计中缸体组件中连接方式采用法兰式。这种连接结构简单，16易于加工，连接可靠，拆装方便，但是外形尺寸较大，要求缸筒端部有直径足够大的凸缘，用于安装螺栓或旋入螺钉。缸筒是液压缸的主件，材料为 45 号钢。端盖在缸筒的两端，采用法兰连接，材料为 45 号钢。导向套对活塞杆起导向作用，材料为尼龙。2.2.2.2 活塞组件活塞组件由活塞、活塞杆和连接件等零部件组成。活塞与活塞杆采用螺纹连接。活塞的材料采用耐磨的铸铁，活塞杆的材料为 45 号钢，进行调质处理。活塞的密封圈的材料为橡胶，密封装置采用 O 型圈、Y 型圈。液压缸的缓冲装置的工作原理是活塞或缸筒在其行程终端时，封住活塞和端盖之间的部分油液，强迫它从小孔或细缝中挤出，以产生很大的阻力，使工作部件受到制动，逐渐减慢速度为零，从而避免活塞和缸盖相互撞击。常见的缓冲装置有圆柱形环隙式缓冲装置、圆锥形环隙式缓冲装置、可变节流槽式缓冲装置和可变节流孔式缓冲装置。此处采用可变节流孔式缓冲装置，这种缓冲装置在缓冲过程中，缓冲腔的油液经小孔节流排出，调节节流孔的大小，就可以控制缓冲腔内的缓冲压力大小，以适应液压缸不同的负载和工况对缓冲的要求。液压缸的排气装置：通常油缸在装配后或系统内有空气进入时，使油缸内部存留一部分空气，而常常不易及时被油液带出。这样，17在油缸工作过程中由于空气的可压缩性，将使活塞行程中出现振动。因此，除在系统采取密封措施、严防空气侵入外，常在油缸两腔最高处设置放气阀，排出缸内残留的空气，使油缸稳定的工作。排气阀的结构形式包括整体式和组合式。在设计中选用的是整体式。整体式排气阀阀体与阀针合为一体，用螺纹与钢筒或缸盖连接，靠头部锥面起密封作用。排气时，拧松螺纹，缸内空气从锥面间隙中挤出，并经斜孔排出缸外。这种排气阀简单、方便、但螺纹与锥面密封处同心度要求较高，否则拧紧排气阀后不能密封，会造成泄露。2.2.3 缸体结构缸底结构常应用有平底、圆底形式的整体和可拆结构形式。平底结构具有易加工、轴向长度短、结构简单等优点。所以目前整体结构中大多采用平底结构。圆底整体结构相对于平底来说受力情况较好，因此，在相同应力，重量较轻。另外，在整体铸造的结构中，圆形缸底有助于消除过渡处的铸造缺陷。但是，在液压机上所使用的油缸一般壁厚均较大，而缸底的受力总是较缸壁小。因此，上述优点就显得不太突出，这也是目前在整体结构中大多采用平底结构的一个原因。然而整体结构的共同缺点为缸孔加工工艺性差，更换密封圈时，活塞不能从缸底方向拆出，但由于较可拆式缸底结构受力情况好、结构简单、可靠，因此在中小型液压机中使用18也较广。在设计中选用的是平底结构。2.3 缸体结构的基本参数确定2.3.1 确定主缸参数2.3.1.1 主缸的内径:（注：所用公式都来源于文献【10】 【17】 ）=0.638M 1DpF142584按标准取整=0.640M1D2.3.1.2 主缸活塞杆直径=（2-2）1dPFD2214=0.573M（2-2）6321025101600464.0按标准取整=0.58M1d2.3.2 主缸运动受力分析由于各运动部件密封处的摩擦阻力，通常取 0.95= （2-3实1P22610.6425 100.957636.144D PKN）192.3.2.1 主缸实际回程力: （2-4）22112226=()4(0.64058 ) 25 100.9541346.2PDdPKN实2.3.3 确定顶出缸参数2.3.3.1 顶出缸的直径:=0.226M2DpF342514按标准取整=0.25M2D2.3.3.2 顶出缸的活塞杆直径=2dPFD4214632102510600425.0=0.177M按标准取整=0.18M2d2.3.4 顶出缸运动受力分析实际顶出力: = 实3P22620.2525 100.951165.744D PKN2.3.4.1 顶出缸实际回程力：实4P22226422()(0.25018 ) 25 100.95561.544shiPDdPKN202.3.5 最小导向长度 H对于一般的液压缸，其最小导向长度应满足公式 1.80.64 H0.41202202lD式中，L-活塞最大工作行程。2.3.6 缸筒长度 L液压缸的缸筒长度 L 是由各工作部件的行程长度及其结构上的要求共同确定的，包括活塞最大工作行程 L，活塞宽度 B，最小导向长度 H 及特殊要求的其它长度 C 等，其中活塞宽度 0.80.8 0.640.512BDm缸筒长度 L=200.64=12.8 m 202.3.7 各缸动作时的流量 2.3.7.1 主缸进油流量与排油流量：(1)快速空行程时的活塞腔进油流量1Q=（2-1Q1214VDMinL/1 .23156012064. 0425）（2）快速空行程时的活塞腔的排油流量,1Q=,1Q12121)(4VdD （2-6）MinL/8 .41360120)58. 064. 0(422（3）工作行程时的活塞腔进油流量2Q21=2Q2214VDMinL/8 .385602064. 042（4）工作行程时的活塞腔的排油流量,2Q=,2Q22121)(4VdDMinL/0 .696020)58. 064. 0(422（5）回程时的活塞杆腔进油流量3Q=3Q32121)(4VdDMinL/5 .37960110)58. 064. 0(422（6）回程时的活塞腔的排油流量,3Q=,3Q3214VDMinL/9 .21216011064. 0422.3.7.2 顶出缸的进油流量与排油流量：(1)顶出时的活塞腔进油流量4Q=4Q4224VDMinL/1 .4126014025. 042（2）顶出时的活塞杆的排油流量,4Q=,4Q42222)(4VdDMinL/5 .19860140)18. 025. 0(422（3）回程时的活塞杆腔进油流量5Q=5Q52222)(4VdDMinL/6 .21260150)18. 025. 0(422（4）回程时的活塞腔的排油流量,5Q=,5Q5224VDMinL/6 .4416015025. 04222表 2.1 上缸钢筒所选材料型号MPabMPas%s45598353162.3.8 上缸的设计计算2.3.8.1 筒壁厚计算 公式: =+ （2-7）01C2C当0.3 时，用使用公式:D08. 0=0maxmax2.33pPDP31.253-1222.364. 031.25 =0.122 m （2-8）取 =0.2m-为缸筒材料强度要求的最小，M 0-为钢筒外径公差余量，M1C-为腐蚀余量，M 2C-试验压力，16M时，取=1.25P ,P管内最大maxPPaPmaxP工作压力为 25 M即max1.251.25 2531.25PMpaP23-钢筒材料的许用应力，M paP=/n=610/5=122 Mpapb式中-钢筒材料的抗拉强度，M n安全系数，通常baP取 n=5当时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.D2 . 02.3.8.2 筒壁厚校核额定工作压力, 应该低于一个极限值,以保证其安全.P MPaP2122135. 0DDDP=0.352223201.040.641.04=70 MPa (2-9）=外径=D+2=0.64+2 D=内1D 0.2 = 1.04 径同时额定工作压力也应该完全塑性变形的发生:rlPDDlg3 . 21s=95 Mpa-缸筒完全塑性的变形压力, -材料屈服强度 MParlPs-钢筒耐压试验压力，MParP24 0.35 0.42rrlPP= 54.3165.18 MPa （2-11）2.3.8.3 缸筒的暴裂压力rP rPDDlg3 . 21b=2.3 598lg1.625=290MPa （2-12）2.3.8.4 缸筒底部厚度 缸筒底部为平面时:0.4331PDp2 0.433122252D 2196. 0D mm （2-6 .117600196. 013） 取 mm -筒底厚，MM 200112.3.8.5 核算缸底部分强度按照平板公式即米海耶夫推荐的公式计算，缸底进油孔直径为 20cm 则kr25断面收缩率 =0.6875 （2-11222rrrk64206414） = 212175. 0pr220.20.687532. 02575. 0 =69.8MPa （2-15）按这种方法计算=100MPa 所以安全2.3.8.6 缸筒端部法兰厚度:31104Fbhparr =1220.02-0.4851025018000433=67.0mm （2-16） 取 h=100mm -法兰外圆半径; -螺孔直径; 螺钉 M30ar1rb螺钉中心到倒角端的长度=32cm = 42cm =48.5cm 1r2r4r= =10cm h=10cm1h12rr = =37cm 5r2112rr 26= = =47.25cm3r21Rrr24214425 .48图 2.2 部分工作缸2.3.8.7 校核法兰部分强度：123121224ln)-6(1rrrrrr=3242ln32423242)3 . 0-6(1324=0.067cm （2-17） （2-14315253ln)(2121)(rrhhrhrrPM18）27其中 P=52 rPH5212 rpr37225322=110.2=11.02KN/cm （2-19） =0.0335 （2-2h10067. 02120） =0.367 （2-21）5221r370335. 023 . 012 =1 （2-31)(hh3)1010(22） =0.42 （2-14lnrr325 .48ln23）所以 =95.1MPa42. 01367. 00335. 01)3725.47(02.11M )(6212221rrPhMHz （2-24）)3242(253210101 .9562222 =57.1+34.6=91.7 MPa 满足要求依据上面公式当垫片的厚度为大于 10cm 时就能满足要求，为了满足横梁的强度和工艺性，垫片厚度选用 25cm。因此可以推算横梁的厚度取大于 25cm 即满足要求。 282.3.8.8 缸筒法兰连接螺钉：表 2.2 螺钉所选材料型号MPabMPas%s3554032017(1)螺钉处的拉应力= MPa62110zd4kF =623101202. 040180004 =8.5 MPa （2-31025）z-螺钉数 12 根; k-拧紧螺纹的系数变载荷 取 k=4; -螺1d纹底径, m(2)螺纹处的剪应力: =0.44 MPa （2-6310110z2d. 0kFdK26） = MPa （2-0nsp72536027）-屈服极限 s29为螺纹的内摩擦系数， =0.12 1K1K-安全系数; 50n为螺纹外径，=+1.0825t=20+1.08251.5=22 mm0d0d1d(3)合成应力:n =n2233105 . 83 . 13 . 1 = MPa （2-31005.11P28）2.3.8.9 垫片与横梁间螺钉的校核：(1)螺钉处的拉应力= MPa62110zd4kF =6231012030. 040180004 =3.8 MPa （2-29）310z-螺钉数 12 根; k-拧紧螺纹的系数变载荷 取 k=4; -螺1d纹底径, m(2)螺纹处的剪应力: =0.475 MPa （2-30）6310110z2d. 0kFdK = MPa （2-0nsp7253603031）-屈服极限 -安全系数; 5s0n(3)合成应力:n=n2233108 . 33 . 13 . 1 = MPa （2-31094. 4P32）2.3.8.10 活塞杆直径 d 的校核：表 2-3 活塞杆所选材料型号MPabMPas%s45MnB10308359 4Fd 4 . 1103084 （2-33）M372. 0d=0.58M 满足要求F活塞杆上的作用力 活塞杆材料的许用应力，=/1.4 b312.3.9 下缸的设计计算：表 2.4 钢筒所选材料型号MPabMPas%s45598353162.3.9.1 下缸筒壁厚公式: =+01C2C当0.3 时，用使用公式:D08. 0 =0maxmax2.33pPDP31.253-1222.325. 031.25 =0.048 m取 =0.07m-为缸筒材料强度要求的最小，M 0-为钢筒外径公差余量，M1C-为腐蚀余量，M 2C-试验压力，16M时，取=1.25P ,P管内最大maxPPaPmaxP工作压力为 25 M即max1.251.25 2531.25PMpaP-钢筒材料的许用应力，M paP=/n=610/5=122 Mpapb32式中-钢筒材料的抗拉强度，M n安全系数，通常baP取 n=5当时,材料使用不够经济,应改用高屈服强度的材料.D2 . 02.3.9.2 下缸筒壁厚校核额定工作压力, 应该低于一个极限值,以保证其安全.P MPaP2122135. 0DDDP=0.352223200.390.250.39=65.98 MPa=外径 D=内径1D 同时额定工作压力也应该完全塑性变形的发生:rlPDDlg3 . 21s=2.3 320=142.14 MPalg1.56-缸筒完全塑性的变形压力, -材料屈服强度 MParlPs-钢筒耐压试验压力，MParP rlPP42. 035. 0=49.7456.85MPa332.3.9.3 缸筒的暴裂压力rP rPDDlg3 . 21b=2.3 598lg1.56=265.6MPa2.3.9.4 缸筒底部厚度 缸筒底部为平面:0.4331PDp2 0.433122252D 2196. 0D 0 .47240196. 0取 mm801-筒底厚，MM 12.3.9.5 核算缸底部分强度按照平板公式即米海耶夫推荐的公式计算，缸底进油孔直径为 8cm，则kr =0.6811222rrrk25825 = 212175. 0pr220.10.68125. 02575. 0 =43.1MPa34按这种方法计算=100MPa 所以安全 2.3.9.6 缸筒端部法兰厚度:h 31104Fbhparr =1220.012-0.1861022011000433=36.3mm 取 h=40mm -法兰外圆半径; -螺孔直径; 螺栓 M12ar1rb螺栓中心到倒角端的长度=12.5cm = 16cm =20.2cm 1r2r4r = =3.5cm h=4cm 1h12rr = =14.25cm 5r2112rr = = =20.1cm3r21Rrr24214162 .202.3.9.7 校核法兰部分强度：123121224ln)-6(1rrrrrr=5 .1216ln5 .12165 .1216)3 . 0-6(1324=0.182cm3514315253ln)(2121)(rrhhrhrrPM其中 P=137.1=13.71KN/cm52 rPH5212 rpr25.142255 .122 =0.3642h4182. 021 =0.1755221r25.14182. 023 . 012 =1.49331)(hh3)5 . 34( =0.4814lnrr5 .122 .20ln所以 =53.9 MPa48. 0493. 1175. 0364. 01)25.141 .20(71.13M )(6212221rrPhMHz)5 .1216(255 .125 . 3109 .5362222 =264+39.2=303.2 MPa 满足要求 2.3.9.8 缸筒法兰连接螺钉：表 2.5 螺钉所选材料型号MPabMPas%s355403201736(1)螺栓处的拉应力= MPa62110zd4kF =6231012012. 040110004 =2.9 MPa 310z-螺栓数 12 根; k-拧紧螺纹的系数变载荷 取 k=4; -螺1d纹底径, m(2)螺纹处的剪应力: =0.475 MPa6310110z2d. 0kFdK = MPa0nsp725360-屈服极限 -安全系数; 5s0n(3)合成应力:n=n2233109 . 23 . 13 . 1 = MPa 31077. 3P2.3.9.9 垫片与横梁间螺栓的校核：(1)螺栓处的拉应力= MPa62110zd4kF37 =6231012012. 040110004 =2.9 MPa 310z-螺栓数 12 根; k-拧紧螺纹的系数变载荷 取 k=4; -螺1d纹底径, m(2)螺纹处的剪应力: =0.475 MPa6310110z2d. 0kFdK = MPa0nsp725360-屈服极限 -安全系数; 5s0n(3)合成应力:n=n2233109 . 23 . 13 . 1 = MPa 31077. 3P2.3.9.10 活塞杆直径 d 的校核： 4Fd 4 . 1103014 M042. 0d=0.18M 满足要求F活塞杆上的作用力 38活塞杆材料的许用应力，=/1.4b2.4 确定快速空程的供液方式、油泵规格和电动机功率2.4.1 快速空程时的供油方式主缸快速空程下行活塞腔的进油量为.该流量1QMinL/1 .2315数值较大，只采用油泵来满足很不经济，故决定用活动件自重快速下行的方式，使用充液阀从充液油箱吸油。2.4.2 确定液压泵流量和规格型号2.4.2.1 确定液压泵的最大工作压力pP125 1.526.5pPPpMpa式中 液压缸的最大工作压力。1p 从液压泵出口到液压缸入口之间总的管路损p失。的准确计算要待元件选定并绘出管路图时才能进行，初p算时可按经验数据选取：管路复杂，进口有调速阀的，取=（0.51.5）Mpa。p392.4.2.2 确定液压泵的流量vpq maxvpVqKq =1.1412.1 =453.3 式中 K系统泄漏系数，一般取 K=1.11.3；同时动作的液压缸最大总流量，对于在工作中节流maxVq调速的系统，还需加上溢流阀的最小溢流量，一般取 0.5。 10 4 32.4.2.3 选定液压泵的规额为使压力泵有一定的压力储备，所选泵的额定压力一般要比最大工作压力大。25% 60% 25% 60%ppP =（25%60%）vqpP =6.6315.9Mpa2.4.2.4 确定液压泵的驱动功率 pvppp qP =3626.5 453.3 10100.85 60235.5kw式中 液压泵的最大工作压力（Pa） ； 液压泵的流量（） ；3 液压泵的总效率。系统工作时所需高压液体最大流量是主缸工作行程活塞腔的进油流量，为，主缸活塞回程时所需流量，为2QMinL/8 .3853Q40，顶出缸顶出时所需进油流量，为.通MinL/5 .3794QMinL/1 .412过计算液压泵的流量为 453.3L，主缸回程和顶出缸顶出时，他们只是在开始时需要高压而其他情况则不需要高压.根26.5aPMP据工况分析，决定选用一台 ZB 型斜轴式轴向柱塞泵公称流量为，转速为，功率为 278.27/KW，型号1500/mlr11000/minrZBS-H500。 电机选用三相异步电机，型号 Y315L2-6，额定功率 132/KW ，转速为 ，电流 246/A，效率 93.8%，功率因数1min/990r0.87，重量 1210 千克。 图 2.3 轴向柱塞泵412.5 泵的构造与工作原理1 工作原理如图所示，当传动轴带动柱塞缸体旋转时，柱塞也一起转动。由于柱塞总是压紧在斜盘上，且斜盘相对刚体是倾斜的。因此，柱塞在随缸体旋转运动的同时，还要在柱塞缸体内的柱塞孔中往复直线运动。当柱塞从缸体柱塞塞孔中向外拉出时，缸体柱塞孔中的密闭容积便增大，通过配流盘的进油口将液压油吸进缸体柱塞孔中；当柱塞被斜盘压入缸体柱塞孔时，缸体柱塞孔内的容积便减小，液压油在一定的压力下，经配油盘的出油口排出。如此循环，连续工作。PVH 泵的控制系统能调节液压泵的工况，使排出液压油满足工作装置需要。2 控制系统PVH 泵的控制系统分为两种：压力补偿控制系统和载荷感应压力限定控制系统。压力补偿控制系统是通过改变液压泵的流量，保持设定的工作压力来满足工作要求的一种控制方式。载荷感应压力限定控制系统，是通过对工作载荷的压力变化进行感应，自动调节液压泵的工作状态，以满足特定系统工况的要求。2.6 立柱结构设计2.6.1 立柱设计计算1. 先按照中心载荷进行初步核算，许用应力不应大于 55，并参照同类型液压机的立柱，初步定出立柱直径。aMP422. 按标准选取立柱螺纹。3. 立柱螺纹区到光滑区过渡圆角应尽可能取大些，最好在3050mm 之间。原设计主要参数为： F=8000KN H=300cm B=180cm(宽边立柱中心距) d=30cm(立柱光滑部分直径) e=10cm(允许偏心距)n=4（立柱的根数）立柱材料为 45#钢，中频淬火620MPa，375MPabs（1） 中心载荷时的应力： = = =22.2（2-22）（dnF223 . 048）（aMP34）（2） 偏心载荷静载荷合成应力 由于小型液压机，可将立柱考虑为插入端的悬臂梁，m=0.25 =+=+122）（dnF31 . 0 dmFe223 . 048）（33 . 01 . 01 . 0825. 0=22.2+74.1=96.3 （2-35）aMP43 150,因此是安全的。1aMP对于截面的 45#钢，375MPa，尺寸系数已考虑在内，立柱s表面为精车，对于正火的 45#钢，表面质量系数为 0.9，因此0可取为 300MPa.过渡圆角半径为 30mm.疲劳强度校核： =0.1 （2-dr3003036） =0.107 （2-mindd30032037）从文献【10】中查出=1.58tK K=1=0.70（1.58-1）=1.41 （2-38） =K=1.4196.3=104.4300（2-taMPaMP39）为 200MPa, 因此是安全的。0立柱是四柱液压机重要的支承件和受力件，同时又是活动横梁的导向基准。因此，立柱应有足够的强度与刚度，导向表面应有足够的精度，光洁度和必要的硬度。442.6.2 连结形式立柱式机架是常见的机架形式，一般由 4 根立柱通过螺母将上、下横梁紧固地连结在一起，组成一个刚性的空间框架。在这个框架中，既安装了液压机本体的主要零部件，又在液压机工作时，承受液压机的全部工作载荷，并作为液压机运动部分的导向。整个机架的刚度与精度，在很大程度上取决于立柱与上、下横梁的连接形式与连接的紧固程度。图 2.4 中、小型液压机立柱连结形式在中、小型液压机中，常用的连结形式有以下 4 种：1. 立柱用台肩分别支承上、下横梁，然后用外锁紧螺母上、下予以锁紧。这种结构中，上横梁下表面（工作台）上表面间的距45离与平行度，全靠 4 根立柱台肩间尺寸的一致性来保证，因此装配简单，不需调整，装配后机架的精度也无法调整，且对立柱台肩间尺寸精度的加工要求很高。因此，这种结构仅在无精度要求的小型简易液压机中采用。2. 内外螺母式，即在立柱上分别用内、外两个螺母来固定上、下横梁，用内螺母来起上述台肩的支承作用，用外锁紧螺母上、下予以锁紧。上横梁下表面的水平度以及下横梁（工作台）上表面的水平度，两个表面之间的平行度与间距的保持，全靠安装时内螺母的调整，因此，对立柱的有关轴向尺寸要求不高，但对立柱螺纹精度（与立柱轴线的平行度）及内螺母精度（内螺母的螺纹对于上、下横梁贴合面的垂直度）要求较高，安装时调整比较麻烦。3. 在与上横梁连结处用台肩代替内螺母，精度调节和加工均不很复杂，但立柱预紧不如第 2 种方便。4. 与第 3 种形式基本相同，只是在下横梁处用台肩代替内螺母，但精度调节比第 3 种简便可靠。在设计中选用的是第四种连结方式。46图 2.5 组合式立柱螺母2.6.3 立柱的螺母及预紧立柱螺母一般为圆柱形，小液压机的立柱螺母是整体的，立柱直径在 150mm 以上时，做成组合式，由两个半螺栓紧固而成，材料用 3545 锻钢或铸钢。因为在设计中我选用的立柱为 300mm，所以采用此种结构。立柱螺母的尺寸已有机械行业标准 JB/T 2001.731999，螺母外径约为螺纹直径的 1.5 倍，内螺母一般与螺母等高，约为螺纹直径的 0.9 倍。25MN 以下的液压机，其立柱多做成实心的，实心的立柱的两端要钻出预紧螺母用的加热孔。立柱的预紧分加热预紧与液压预紧。本次设计选用的是加热预紧方式。加热预紧 比较常用的方法，为此，立柱端部应钻有加热孔，其深度应大于横梁的高度。在立柱及上横梁安装好后，先将内、外螺母冷态拧紧，然后用电热棒或通入蒸汽等加热方法使立柱端部伸长，达到一定温度后，将外螺母再向下拧过一个角度，一般是用螺母外径上一点转过的弧长来度量。立柱冷却后，就在螺母与横梁之间产生一个很大的预紧力，使螺母不易松动。加热时应注意两对角立柱同时加热。472.6.4 立柱的导向装置活动横梁运动及工作时，一般以立柱为导向，由于活动横梁往复运动频繁，且在偏心加压时有很大的侧推力，因此，不可能让活动横梁与立柱直接接触，互相磨损，必须选择耐磨损、易更换的材料作为两者之间的导向装置。导向装置的质量直接关系到活动横梁的运动精度及被加工件的尺寸精度，也会影响到工作缸密封件与导向面的磨损情况，对模具寿命及机身的受力情况也均有影响，为此，必须合理选择导向装置的结构及配合要求。图 2.6 导套导向装置可分为导套与平面导板两大类。导套对于圆截面的立柱，都是在活动横梁的立柱孔中采用导套结构，又可分为圆柱面导套和球面导套。圆柱面导套 在活动横梁的立柱孔中，各装有上、下两个导套，它们由两半组成，为了拆装方便，两半导套的剖分面最好有的斜度，导套两端装有防尘用的毡垫。这种导套结构简单，005348制造方便。本次设计中采用这种形式的导套。导套的材料计算导套材料一般采用铸锡青铜 ZQSn6-6-3，小液压机也有用铁基粉末冶金的。导套比压 q 的计算 102qdcTq=2 . 03 . 01010826 =1.33 MPa 满足要求 （2-q40）式中 T机架计算中求得立柱上的侧推力（N） d导套内孔直径 (m) c导套高度（m） q许用比压 （MPa） ，对于 ZQSn6-6-3，q=68 MPa2.6.5 限程套为防止运动部分超程，有些液压机在下横梁的 4 个立柱上安装限程套，一般为对开式，上、下两端应平行，4 个限程套高度应一致，内孔比立柱直径大 1-2mm，用铸铁制造。49 图 2.7 立柱安装限程套2.6.6 底座底座安装于工作台下部，与基础相连。底座仅承受机器之总重量。底座材料可选用铸铁件或焊接结构。主要考虑到外形的美观，对精度无要求。2.7 横梁参数的确定2.7.1 上横梁结构设计横梁由铸造制成，目前以铸造为多，一般采用 ZG35B 铸钢。 横梁的宽边尺寸由立柱的宽边中心距确定，上梁和活动梁的窄边尺寸应尽可能小些，以便锻造天车的吊钩容易接近液压机中心，梁的50中间高度则由强度确定。设计上横梁时，为了减轻重量，根据“ 等强度梁”的概念，设计成图所示的不等高梁，即立柱柱套处的高度 h 小于中间截面的高度 H。但在过渡区( A 处) 会有应力集中由于上横梁外形尺寸很大，为了节约金属和减轻重量，尽量使各个尺寸在允许的范围内降到最小。梁体做成箱形结构，在安装缸的地方做成圆筒形，安装立柱的地方做成方筒形，中间加设筋板，以提高刚度，降低局部应力。图 2.8 梁的不等高结构2.7.2 活动横梁结构设计2.7.2.1 活动横梁的主要作用:与工作缸柱塞杆连接传递液压机的压力，通过导向套沿立柱导向面上下往复运动;安装固定模具及工具等。因此需要有较好的强度、刚度及导向结构。活动横梁上部与工作缸柱塞相连，下部与上模座相连，梁体结构和受力状态都很复杂。当液压机工作时，高压51液体作用于柱塞的力是通过活动横梁及上砧传递到锻件上而做功，活动横梁的上下运动则依靠梁与立柱的导向装置。2.7.2.2 活塞杆与横梁的连接 刚性连接 柱塞下端插入活动横梁内。 此种连接方式在偏心载时，柱塞跟随活动横梁一起倾斜，将动梁所受偏心力矩的一部分传给工缸导向套，使导向套承受侧向水平推力或一对力偶，从而加剧导向套及封的磨损。单缸液压机或三缸液压机的中间工作缸多采取此种结构。在活塞杆焊接法兰用螺钉与横梁连接，用 12 根 M30 的螺钉，达到预紧的目的。2.7.3 下横梁结构设计 下横梁的刚度要求应略严一些，以保证整个压机的刚性。下横梁直接与立柱、拉杆、工作台、回程缸和顶出器相连，梁体结构和受力状态都很复杂。对于下横梁，其设计原则与上横梁相同，是在满足相连部件最小几何尺寸要求和工艺要求的条件下，尽可能缩减其纵向、横向尺寸，这是有效提高梁的刚度、强度和减轻梁的重量应首先把握的主要原则。2.7.4 各横梁参数的确定因为液压缸与横梁间的垫片厚度为 25cm，因此可以推算横梁的厚度取大于 25cm 即满足要求。考虑在垫片与横梁的连接面积比垫片与液压缸的连接面积少一半所以上横的受力部分厚度选用5250cm，第 3 章 液压系统及元件的设计3.1 液压系统原理3.1.1 工作原理531- 2- 3 18- 4- 5-6 21- 7- 8- 9-10 20- 11- 12- 13- 14-15- 16- 17- 19- 22-图 3.1 液压控制原理系统图1主泵 2辅助泵 3、4、18溢流阀 5远程调压阀 6、21电液换向阀 7压力继电器 8电磁换向阀 9液控单向阀 10、20背压阀 11顺序阀 12液控滑阀 13 单向阀 14充液阀 15油箱 16上缸 17下缸 19节流器 22压力表图 1 是油路控制原理系统图，工作时，电液换向阀 6 通电，压力油由泵 1 打出，进入电液换向阀 6 的右位，再通过单向阀 13 ，进入上缸 16 的上腔。同时，由充油筒经充液阀 14 补油进入油缸上腔。回油从上缸的下腔经过（单向顺序阀）背压阀 10 和液控单向阀 9， 通过电液换向阀 6， 流回到油箱。进油路：泵 1换向阀 6 右位单向阀 13上缸 16 上腔。回油路：上缸 16 下腔液控单向阀 9换向阀 6 右位换向阀 21 中位油箱。54与此同时， 上缸在自重的作用下， 加速了向下的快速运动，使上缸的上腔瞬时间形成了真空带，补油箱的油会通过液控单向阀 ，被吸进上缸的上腔， 以消除真空， 保持上缸的快速下移。保压完后， 电液换向阀 6 的左位被接通， 泵 1 打出的压力油， 通过电液换向阀 6 的左位，再经过液控单向阀 9、 （单向顺序阀）背压阀 10， 进入上油缸 16 的下腔， 推动油缸向上运动，同时电磁阀 12 切换到左位，油箱补油加速回程。 油缸 16 上腔的回油通过液控单向阀 ， 经顺序阀 11 流回到补油箱。使得上缸能快速退回原位。进油路：泵 1换向阀 6 左位液控单向阀 9上缸下腔。回油路：上缸上腔充液阀 14上部油箱 15。实现主缸快速回程。当将电液换向阀 6 的中位和电液换向阀 21 的右位接通时， 泵 1 打出的压力油， ，经过电液换向阀 21 的左位， 进入下缸 17 的下腔，回油从下缸 17 的上腔经过电液换向阀的左位，流入回油箱，下缸上行顶出工件。在工件取出后， 换向阀的右位开始工作， 压力油进入下缸17 的上腔， 下缸下腔的回油经过阀的右位流入回油箱， 下缸向下运动， 恢复原位。进油路：泵 1换向阀 6 中位换向阀 21 左位下缸 17 下腔。回油路：下缸 17 上腔换向阀 21 左位油箱。553.1.2 工艺加工过程表 3.1 工艺加工过程图动作程序1Y2Y3Y4Y5Y快速下行+慢速加压+保压泄压回程+上缸停止顶出+退回+下缸压边+液压机的液压传动系统由动力机构、控制机构、执行机构、辅助机构和工作介质组成。a 动力机构 通常采用油泵作为动力机构，一般为容积式油泵。为了满足执行机构运动速度的要求，选用一个油泵或多个油泵。低压（油压小于 2.5MP）用齿轮泵；中压（油压小于 6.3MP）用叶片泵；高压（油压小于 32.0MP)用柱塞泵。3.2 蓄能器的选择液压执行元件短时间内快速运动，由蓄能器来补充供油，其有效工作容积为56323453.3 10320.641.2 1.24600.221221i ivpVAl Kq tmL式中 A液压缸的有效面积（）;2 液压缸行程（m） ；l K油液损失系数，一般取 K=1.2； 油泵流量（） ；vpq3ms t动作时间（s）.根据工况分析，决定选用 NXQ 型气囊式蓄能器，容积为 250/L,通径为 80/mm，质量为 786/kg，接口螺纹型号为 M1453，型号为NXQAB-250-F-A。3.3 管道及管接头管道及管接头用以把液压元件连接起来，组成一个完整的系统。正确的选择管道和管接头，对液压系统的安装、使用和维修都有着重要的意义。在设计管道时，管径应适应、路线应最短，管道弯头、接头应尽量小，以减小系统的压力损失。同时，管道的连接必须牢固可靠，防止振动松脱，并且要便于调整和维修。3.3.1 管道3.3.1.1 管子的种类液压传动系统常用的管子有钢管、橡胶软管、尼龙管和塑料管等。应当根据液压元件的装置条件、部位和压力大小来选用油管的材料。我选用的是钢管。钢管 分为焊接钢管和无缝钢管。压力小于 2.5 Mpa 时可选用57焊接钢管；压力大于 2.5 MPa 时，推荐用 10 号或 15 号无缝钢管；对于需要防锈防腐蚀的场合，可选用不锈钢管；超高压时可选用合金钢管。本设计主要选用合金钢管。钢管价格便宜，工作压力较高，但装配时不能任意弯曲，因此多用于装配部位限制较少和产品比较定型以及大功率的液压传动装置中，是液压传动系统主要的油管材料。3.3.1.2 管子的内径和壁厚的确定管道尺寸一般由选定的标准元件连接口尺寸确定，也可以按管路允许流速进行计算。油缸快进时油管的流量可达。取管内流速MinL/8 .385。smV/5 =0.040 （3-vqd4605105 .385431）取 d=42mm主缸快退时进油管流量可达，则MinL/5 .379 =0.040vqd4605105 .37943取 d=42mm顶出缸快进时油管的流量可达，则MinL/1 .412 =0.042vqd4605101 .4124358取 d=45mm顶出缸快退时进油管流量可达，则MinL/6 .212 =0.016vqd4605106 .21243取 d=45mm3.3.1.3 管接头 管接头用于油管之间或油管与液压元件之间的连接。对管接头的基本要求是工作可靠、密封性良好、对液流的阻力小、结构简单、安装和制造方便等。常用的管接头可分为金属管固定连接管接头、活动连接管接头和软管管接头等三类。1.金属管固定连接管接头 法兰连接 法兰连接的结构形式有焊接式和凸肩式两种。用 12 个高强度螺栓紧固，并采用 O 型橡胶密封圈密封。法兰连接常用于通径大于 32mm 的高压管道及超高压管道。这种连接的特点是牢固可靠，但外形尺寸较大，要求较大的空间。目前，法兰连接一般是采用方形的法兰，在直径大于 125mm 时，也可采用圆形法兰。 在设计中采用法兰式连接。3.4 油箱容量的确定 3.4.1 油箱的设计要求1、油箱一般为长六面体箱体，中小型油箱用钢板直接焊成，大型油箱必须先用角钢焊成骨架，然后在焊上钢板制成。当容量在59100L 以内时，其壁厚为 3 毫米；容量在 100320L 时，壁厚为 34毫米；容量大于 320L 时，壁厚为 46 毫米。油箱底脚高度一般为150 毫米以上，利于散热。若液压泵和电机需要安装在油箱顶盖上时，为避免震动，顶盖的厚度应为侧壁厚的 3 倍。2、油箱内常设 23 块隔板，将回油区和吸油区分开，有利于散热、杂质的沉淀和气泡的溢出，也可以增加油箱的强度。隔板的高度为油面高度的 2/33/4。3、油箱顶盖上应设置通气孔，使液面与大气相通，通气孔处应设置空气滤清器。邮箱的底面应适当倾斜，并在其最低位置设置放油塞。在箱壁的易见位置设置油位指示器。4、泵的吸油口所安装的滤油器，其底面与油箱底面应保持一定距离，其侧面离油箱壁应有 3 倍管径的距离，回油口应插入最低液面以下，回油口应切成 45斜口，以增大出油面积。阀的泄露油管应在液面以上，以免增加漏油腔的背压。5、油箱的内壁必须进行处理。新油箱须经过喷丸、酸洗和表面清洗等，其内壁也可以涂一层与工作液相容的塑料薄膜或耐油涂料。6、油箱的容量应能保证在设备的液压系统内充满油液时，其液面（最低液面）高于滤油器上端 200 毫米以上；在设备的液压系统停止运动时，油箱的液面不应超过油箱高度的 80%；而当液压系统的油液全部返回油箱时，油液不可以溢出油箱外。7、油箱的有效容积，当系统为低压系统时，取液压泵每分钟排除油液体积的 24 倍；中高压取 57 倍；若为行走机构，则取 2倍。若为高压闭式循环系统，按所需外循环油或补油量的多少而定；对于工作负载大，并长期连续工作的液压系统，油箱的容量需要按发热量，通过计算确定603.4.2 油箱容量的初步确定油箱容量的经验公式为 1.2 0.21.2(0.2 500321.5)505.8vvvqQL 液压泵每分钟排出的容量 液压缸的容积2230.640.321544vQdm选择油箱 ：AB40-30-/1000-VN1000-B-N-3-3-ES/M 表 5.2规格质量（Kg）工作容量（L）工作容积（L）100043511003203.4.3 平均功率损失 H1 KwtPTHii111P= =107.2KWpq16 321.560 0.8P-液压泵的输入功率; =总效率；0.8 表 5.1快进工进快退等待61行程100015012000速度120201100时间8.337.510.915.01 循环工作周期 T=8.33+7.5+10.91+5.01= 32 S H =1116 385.80.15 379.500.2 7.50.2 10.91 0326060 =4.89 KW3.4.4 阀的功率损失 H2其中泵的全部流量流经溢流阀，返回油箱时,功率损失最大。 H =pq2=16 321.560 =85.7 KW p-溢流阀的调整压力 q-流量3.4.5 管路及其他功率损失 H3一般情况下，可取全部能量的 0.030.05 倍。取：H =0.04P3 =0.04 107.2=4.28 KW 系统总的功率损失 ： 321HHHH =4.89+85.7+4.28 =94.87 KW623.4.6 计算散热面积 ；当环境温度为 T 时，最高允许温度为 T的油箱 0p的最小散热面积 A为 min 0minTTKHAr = 394.87 1023 30 = 137.49 2mK-传热系数 T -为 20K T-为KcmW.20p505.3.6 近似计算油箱散热面积 ： 液压缸的设计要求：长*0.618=宽宽*0.618=高已知长=1m, 则宽=0.618m, 高=0.382m 制冷面积 S=2 0.618+2 1 0.382+2 0.382 0.618 =2.47 m2 通过计算可知，需要冷却系统制冷。5.3.7 油箱中油液的冷却 ： H =SK（T -T ） 1r0 =2.47 23 30 =1.704KW 633.5 液压控制阀的选择3.5.1 先导式溢流阀 DB/DBW 型先导式溢流阀具有压力高、调压性能平稳、最低调节压力低和调之卸荷。 DBW30 的通径为 20MM，最大流量可达 500，可以满足MinL/供油要求。3.5.2 节流阀 Z2FS 型节流阀是双单向叠加式节流阀，用来控制两个工作油口的主流量或先导油流量。将本元件装在先导阀和主阀之间，可以控制先导流量。 Z2fs 型的通径为 22mm，流量可达 350，对于下油缸MinL/流量要求较小，所以，可以满足要求。3.5.3 单向阀 S 型单向阀 该阀为锥阀式结构，压力损失小。主要用于做背压阀和旁路阀用。 连接方式采用管式连接，通径为 30mm，流量可达 260MinL/ SV 型液控单向阀 该阀为锥阀式结构，只允许油流正向通过，反向则截止。 连接方式采用螺纹连接，型号选 SV25。通径为 20mm，流量可达 300MinL/643.5.4 电磁换向阀 设计中采用三位四通电磁换向阀。次那个号为 DSG 系列，该系列电磁换向阀配有强吸力、高性能的湿式电磁铁，具有高压、大流量、压力损失低等特点。 选用 S-DSG-03-3C 最大流量 120。MinL/3.5.5 顺序阀DZ 型先导式顺序阀该阀利用油路本身压力来控制液压缸或马达的先后动作顺序，以实现油路系统的自动控制。改变控制油和泄露油的连接方法，该阀还可以作为卸荷阀和背压阀（平衡阀）使用。DZ 型选通径 25mm 流量可达 300。MinL/3.5.6 背压阀该阀可使背压随载荷变化而变化，载荷增大，背压自动降低，载荷减小则背压增加，使运动平稳性好，提高系统效率。选择 FBF3 型系列，满足最大 32 MPa 范围即可。65第 4 章 控制部分4.1 PLC 概述 在本次设计中控制部分用可编程控制器，即 PLC。关于可编程控制器的定义，1980 年，NEMA 将可编程控制器定义为：“可编程控制器是一种带有指令存储器，数字的或模拟输入/输出接口，以位运算为主，能完成逻辑、顺序、定时、计数和算术运算等功能，用于控制机器或生产过程的自动控制装置。 ”从定义可知，PLC 也是一种计算机，它有着与通用计算机相类似的结构，即由中央处理器（CPU） 、存储器（MEMORY） 、输入/ 输出（I/O）接口及电源组成的。只不过它比一般的通用计算机具有更强的与工业过程相连的接口和更直接的适应控制要求的编程语言。4.2 控制部分设计4.2.1 继电器-接触器电气控制电路的设计根据液压机的动作顺序及控制要求，同时又考虑了以下几个方面：1、电气控制线路与机械配合相当紧密，因此分析中要详细了解机械结构与电气控制的关系，但机械结构相对比较复杂。2、控制线路中设置了变速冲动控制，从而使变速顺利进行。3、为了操作方便，采用多地控制，实现两地启、停。4、具有完善的电气联锁，并具有短路、零压、过载及超行程限66位保护环节 根据设计要求我们设计了如图 2 所示的继电器-接触器电气控制电路图。4.2.2 继电器-接触器电气控制电路图分析及介绍表表 1 1 为为 3150KN3150KN 通用液压机的电磁铁动作顺序表通用液压机的电磁铁动作顺序表动作程序1Y2Y3Y4Y5Y快速下行+慢速加压+保压泄压回程+上缸停止顶出+退回+下缸压边+4.2.3 动作分析:（1）启动 按启动按扭SB2，KM1 得电吸合，常开开关KM1 闭合，主泵供油，电磁铁全部处于失电状态，主泵 1 输出的油经三位四通电液换向阀 6 中位及阀 21中位流回油箱，空载启动。（2）上缸快速下行 按启动按扭 SB3， KA1 得电吸合，其控制的67常开开关 KA1 闭合，电磁铁 1Y、5Y 先后得电，阀 6 换至右位，控制油经阀 8 右位使液控单向阀 9 打开。进油路：泵 1换向阀 6 右位单向阀 13上缸 16 上腔。回油路：上缸 16 下腔液控单向阀 9换向阀 6 右位换向阀 21 中位油箱。上缸滑块在自重作用下迅速下降，泵 1 虽处于最大流量状态，仍不能满足其需要，因而上缸上腔形成负压，上部油箱 15 的油液经液控单向阀 14（充液阀）进入上缸上腔。（3）上缸慢速接近工件。 当上缸滑块降至一定位置触动行程开关 2S 后，SQ2 失电断开，电磁铁 5Y 失电，阀 8 处于原位，液控单向阀 9 关闭。上缸下空油液经背压阀 10、阀 6 右位、阀 21中位回油箱。这时，上缸上腔压力升高，充液阀 14 关闭。上缸在泵 1 供给的压力油作用下慢速接近工件。当上缸滑块接触工件后，阻力急剧增加，上腔压力进一步提高，泵 1 的输出流量自动减小。（4）保压。 当上缸上腔压力达到预定值时，压力继电器 KP 吸合，常闭开关 KP 断开，使电磁铁 1Y 失电，阀6 回中位，上缸的上、下腔封闭，单向阀 13 和充液阀 14 使上缸上腔保压，保压时间由时间继电器 KM2 调整。保压期间，泵 1 经阀 6、阀 21 的中位卸载。（5）泄压，上缸回程。 保压过程结束，时间继电器 KM2 发出信号，其控制的常开开关 KM2 闭合，接触器KA2 得电吸合，电磁铁 2Y 得电，阀 6 换至左位，同时开关 KA2 闭合，形成自锁。由于上缸上腔压力很高，液动滑阀 12 处于上位，压力油经阀 6 左位及阀 12 上位使外控顺序阀 11 开启。此时泵 1 输出油液经顺序阀 11 回油箱。泵1 在低压下工作，此压力不足以打开充液阀 14 的主阀芯，而是先打开阀 14 中的卸载芯，使上缸上腔油液经此卸载阀芯开口泄回上部油箱 15，压力逐渐降低。当上缸上腔压力泄至一定值后，液动滑阀 12 回到下位，68外控顺序阀 11 关闭，泵 1 供油压力升高，阀 14 完全打开，此时油液流动情况为进油路：泵 1换向阀 6 左位液控单向阀 9上缸下腔。回油路：上缸上腔充液阀 14上部油箱 15。实现主缸快速回程。（6）上缸原位停止。 当上缸滑块上长至触动行程开关1S，SQ1 触点失电断开，电磁铁 2Y 失电，阀 6 处于中位，液控单向阀 9 将主缸下腔封闭，上缸原位停止不动。泵 1 输出油经阀 6、阀 21 中位回油箱，泵卸载。（7）下液压缸顶出及退回 按下开关 SB5,接触器 KA3 得电，电磁铁 3Y 得电，换向阀 21 换至左位进油路：泵 1换向阀 6 中位换向阀 21 左位下缸 17 下腔。回油路：下缸 17 上腔换向阀 21 左位油箱。下液压缸活塞上升，顶出。4.2.4 电气控制系统图（8）浮动压边 作薄板拉伸压边时，要求下缸活塞上升到一定位置后，既保持一定压力，又能随上缸滑块的下压而下降。这时，换向阀 21 处于中位，上缸滑块下压时下缸活塞被迫随之下行，下缸下腔油液经节流器 19 和背压阀 20 流回油箱，使下缸下腔保持所需的压边压力。调节背压阀 20 即可改变浮动压边力。下缸上腔则经阀 21 中位从油箱补油。溢流阀为下缸下腔694.2.5 选择电气元件对于电气元件的选择，我们应注意以下几点：1) 根据对控制元件功能的要求，确定电气元件功能的要求，确定电气元件类型。如继电器与接触器，当元件用于通，断功率较大的主电路时，应选择交流接触器；若元件用于切换功率较小的电路（如控制电路）时，则应选择中间继电器；若伴有延时要求时，则应选用时间继电器。2) 根据电气控制的电压，电流及功率的大小来确定元件的规格，满足元器件的负载能力及使用寿命。704.2.6 选择电器元件对于电气元件的选择，我们应注意以下几点：1) 根据对控制元件功能的要求，确定电气元件功能的要求，确定电气元件类型。如继电器与接触器，当元件用于通，断功率较大的主电路时，应选择交流接触器；若元件用于切换功率较小的电路（如控制电路）时，则应选择中间继电器；若伴有延时要求时，则应选用时间继电器。2) 根据电气控制的电压，电流及功率的大小来确定元件的规格，满足元器件的负
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